【原】捉摸不定的快速射電暴，終于露出周期性馬腳，它的源頭在何處？

天文在線 2023-04-08 發(fā)布于云南

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罕見的周期性快速射電暴，它的信號(hào)源真面目為何？關(guān)于快速射電暴還有哪些未解之謎？

簡(jiǎn)介：天文學(xué)家首次發(fā)現(xiàn)一個(gè)快速的無(wú)線電爆發(fā)，該信號(hào)被命名為FRB180916.J0158+65，以每隔16.35天的周期重復(fù)。因其周期重復(fù)性追溯到其位于5億光年外的一個(gè)螺旋星系邊緣，可能存在恒星質(zhì)量的黑洞。其他FRB或可重復(fù)，但超出目前的檢測(cè)范圍。

我們確定快速射電暴(fast radio bursts, FRB)這一神秘深空信號(hào)的決定性特征之一便是它的不可預(yù)測(cè)性。貫穿宇宙的快速射電暴的發(fā)射沒(méi)有固定的節(jié)律或周期，沒(méi)有可辨別的模式，這都使人們很難對(duì)其進(jìn)行研究。

圖1 快速射電暴 FRB

最近，天文學(xué)家第一次觀測(cè)到有規(guī)律重復(fù)的快速射電暴(FRB)。

每16.35天，叫做FRB180916.J0158+65的FRB信號(hào)遵循著相似的模式。開始的四天內(nèi)，它會(huì)每小時(shí)產(chǎn)生一次或兩次爆發(fā)。緊接著的12天內(nèi)，它會(huì)趨于靜息。然后這一切會(huì)周而復(fù)始。

天文學(xué)家和加拿大氫強(qiáng)度測(cè)繪實(shí)驗(yàn)室(CHIME)合作觀察了這一脈沖循環(huán)共409天。我們目前還不了解這一周期循環(huán)意味著什么，但這是解開快速射電暴(FRB)之謎的又一線索。這一研究工作的預(yù)稿已預(yù)收錄到arXiv(一個(gè)收集物理學(xué)、數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、生物學(xué)論文預(yù)印本的網(wǎng)站)等待同領(lǐng)域其他專家的審查。

FRB是一個(gè)至今都沒(méi)有得到全面解釋的令人著迷的宇宙奧秘。

簡(jiǎn)而言之，F(xiàn)RB是無(wú)線電頻譜上的一次巨大的能量爆發(fā)，其最多持續(xù)幾毫秒。在這個(gè)時(shí)間段內(nèi)，F(xiàn)RB可以釋放出相當(dāng)于數(shù)億個(gè)太陽(yáng)的能量。

大多數(shù)FRB只爆發(fā)一次，并且無(wú)法被再次探測(cè)。這一特點(diǎn)使得追蹤FRB來(lái)源星系的工作非常困難。有些FRB會(huì)產(chǎn)生重復(fù)的無(wú)線電爆發(fā)，但是其規(guī)律紊亂不可預(yù)測(cè)。這類信號(hào)重復(fù)的FRB更容易被追蹤到來(lái)源星系，但是它至今沒(méi)有讓我們揭開FRB的真相。

去年，合作者加拿大氫強(qiáng)度測(cè)繪實(shí)驗(yàn)室(CHIME)宣布他們探測(cè)到了八個(gè)極強(qiáng)的信號(hào)重復(fù)的FRB。這一發(fā)現(xiàn)使得150個(gè)FRB數(shù)據(jù)庫(kù)中信號(hào)重復(fù)的FRB總數(shù)達(dá)到了10個(gè)(另一篇文獻(xiàn)報(bào)道將這個(gè)數(shù)字刷新到了11).

FRB 180916.J0158+65就在去年新發(fā)現(xiàn)的8個(gè)信號(hào)重復(fù)的FRB中。起初除了信號(hào)重復(fù)爆發(fā)，它并沒(méi)有表現(xiàn)出任何特殊點(diǎn)。但隨著CHIME繼續(xù)將望遠(yuǎn)鏡對(duì)著天空觀測(cè)，一個(gè)重復(fù)的信號(hào)模式出現(xiàn)了。

這是非常激動(dòng)人心的發(fā)現(xiàn)，因?yàn)樗鼮?span style="color: rgb(0, 0, 0);">FRB 180916.J0158+65起源的模擬預(yù)測(cè)和試驗(yàn)提供了新的信息。

“發(fā)現(xiàn)呈周期16.35天重復(fù)的FRB信號(hào)源是揭示FRB本質(zhì)的重要線索”，研究者們?cè)谒麄兊恼撐闹袑懙馈?/span>

其它呈現(xiàn)出周期性的天體往往是雙星系統(tǒng)——恒星和黑洞。16.35天很可能是一個(gè)軌道周期，發(fā)射FRB的天體只在軌道的特定部分面對(duì)地球發(fā)射FRB。

FRB 180916.J0158+65是為數(shù)不多的被追蹤到來(lái)源星系的FRB之一。它位于距離我們5億光年外的一個(gè)漩渦星系的邊緣區(qū)，是一個(gè)恒星形成的區(qū)域。這意味著FRB的來(lái)源不可能是超大質(zhì)量黑洞，但有可能是一個(gè)恒星質(zhì)量黑洞。

“在已知的恒星質(zhì)量的致密雙星系統(tǒng)中，單是軌道周期的限制條件仍允許伴星的質(zhì)量在幾個(gè)數(shù)量級(jí)的范圍內(nèi)波動(dòng)：從'黑寡婦’(BLACK WIDOW)這樣的低質(zhì)量恒星伴脈沖星的雙星系統(tǒng)，到大質(zhì)量O/B型恒星伴高偏心率軌道的脈沖星形成的雙星系統(tǒng)。'黑寡婦’雙星系統(tǒng)包括一個(gè)低質(zhì)量恒星和一個(gè)強(qiáng)大的毫秒脈沖星，以致于它的風(fēng)暴波及到伴星(雖然通常軌道周期只有幾小時(shí))。”研究者記述到。

圖 2 黑寡婦脈沖星"蠶食"伴星

總之，周期性阻斷FRB信號(hào)的要么是來(lái)自伴星的風(fēng)暴，要么是來(lái)自黑洞的潮汐干擾。

不過(guò)，我們也無(wú)法排除FRB信號(hào)源是一個(gè)單一的天體，比如磁星或X射線脈沖星，盡管研究者們注意到這種解釋難以與數(shù)據(jù)吻合。讓研究者們?nèi)员Ａ暨@一假設(shè)的原因是，這類天體的自轉(zhuǎn)軸擺動(dòng)現(xiàn)象具有周期性，且沒(méi)有發(fā)現(xiàn)其它自轉(zhuǎn)軸擺動(dòng)如此之慢的天體。

圖 3 磁星 Magnetar

除此，具有數(shù)天周期間隔的射電脈沖星信號(hào)強(qiáng)度比FRB弱了幾個(gè)數(shù)量級(jí)。因此，這一問(wèn)題仍然迷霧重重。

但是還記得上文提到過(guò)的第十一個(gè)信號(hào)重復(fù)的FRB嗎？曾經(jīng)發(fā)現(xiàn)它的天文學(xué)家認(rèn)為它是單次爆發(fā)的，因?yàn)樗闹貜?fù)信號(hào)太微弱而導(dǎo)致當(dāng)時(shí)的初代探測(cè)設(shè)備無(wú)法檢測(cè)到。

這一發(fā)現(xiàn)啟示我們，可能還有更多信號(hào)重復(fù)的FRB，只不過(guò)信號(hào)低于我們的檢測(cè)限。FRB 180916.J0158+65和其它FRB或多或少相似的事實(shí)也意味著其它信號(hào)重復(fù)的FRB可能也具有循環(huán)周期，只不過(guò)我們目前還沒(méi)有探測(cè)到。

因此，接下來(lái)理所當(dāng)然要繼續(xù)觀測(cè)FRB 180916.J0158+65一段時(shí)間。不過(guò)嘗試檢測(cè)其它的信號(hào)爆發(fā)是否也具有周期性也是非常有趣的課題。

研究者記述到：“未來(lái)的觀測(cè)手段，無(wú)論在亮度、偏振還是全波段，都可以區(qū)分出不同的模型，這是極其振奮人心的。這樣的手段用于其它重復(fù)信號(hào)的周期性探索，可以讓我們得知這一現(xiàn)象在宇宙中的普遍性”

這一研究可在審稿前于arXiv網(wǎng)站獲取資料。

BY：Anonymity

FY：4×4=12(許文懷)

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選文：天文志愿文章組-

翻譯：天文志愿文章組-4×4=12(許文懷)

審核：天文志愿文章組-

終審：天文志愿文章組-零度星系

排版：天文志愿文章組-零度星系